运算放大器和比较器究竟有什么区别?

A-Lin

运算放大器和比较器究竟有什么区别?

运算放大器和比较器无论外观或图纸符号都差不多，那么它们究竟有什么区别，在实际应用中如何区分？
从图文全面分析一下，夯实大家的基础，让工程师更上一层楼。
1 z5 \6 J# r, ^先看一下它们的内部区别图:

. o4 |; \. O' A

从内部图可以看出运算放大器和比较器的差别在于输出电路。运算放大器采用双晶体管推挽输出，而比较器只用一只晶体管，集电极连到输出端，发射极接地。
9 |7 E8 `5 n) N4 X比较器需要外接一个从正电源端到输出端的上拉电阻，该上拉电阻相当于晶体管的集电极电阻。
运算放大器可用于线性放大电路（负反馈），也可用于非线性信号电压比较（开环或正反馈）。
! a: }, V1 N3 s, }电压比较器只能用于信号电压比较，不能用于线性放大电路（比较器没有频率补偿） 。
两者都可以用于做信号电压比较，但比较器被设计为高速开关，它有比运算放大器更快的转换速率和更短的延时。
& o% E* ^9 t3 {* e/ v运算放大器
* c8 M% e3 O+ b( Q' E4 ?做为线性放大电路，我这里就不多说了（以后有需要单独讨论放大器），这个在主板电路图很常见，一般用于稳压电路，使用负反馈电路它与晶体管配合相当于一个三端稳压器，但使用起来更灵活。如下图：
! t( y* d# D8 `: E# f: g! p5 z3 A/ @6 k

在许多情况下，需要知道两个信号中哪个比较大，或一个信号何时超出预设的电压（用作电压比较）。用运算放大器便可很容易搭建一个简单电路实现该功能。当V+电压大于V-电压时，输出高电平。当V+电压小于V-电压时 ，输出低电平。如下图：

分析一下电路，2.5v经电阻分压得到1V输入到V-端，当总线电压正常产生1.2v时，输入到V+，此时V+电压比V-电压高，输出一个高电平到CPU电源管理芯片的EN开启脚。如果总线电压没输出或不正常少于1v，此时V+电压比V-电压低，输出低电平。
电压比较器
当比较器的同相端电压（V+）低于反相端电压（V-）时，输出晶体管导通，输出接地低电平；当同相端电压高于反相端时，输出晶体管截止，通过上拉电阻的电源输出高电平。如下图：

分析一下该电路，上面的比较器U8A当有VCC输出时经过分压电阻分压后，输入到同相端（V+)，其电压大于5VSB经分压后输入到反相端（V-)的电压，内部晶体管截止，输出经上拉电阻的电源12v（同时下面的比较器U8B同相端电压也大于反相端，内部晶体管也是截止），N沟道场管Q37导通，输出VCC5V。同时P沟道场管Q293截止。反之，当反相端电压大于同相端电压时，内部晶体管导通，上拉电源12V被拉低为低电平，N沟道场管Q37截止，同时P沟道场管Q293导通，输出5VSB。这个就是5VDUAL产生电路。
在实际应用中比较器都需要上拉电源，而运算放大器一般不需要。
运放和电压比较器的本质区别
! d: z: v2 \' w) f3 `3 }（1）放大器与比较器的主要区别是闭环特性!
# b3 ?4 L: n5 D- z放大器大都工作在闭环状态,所以要求闭环后不能自激.而比较器大都工作在开环状态更追求速度.对于频率比较低的情况放大器完全可以代替比较器(要主意输出电平),反过来比较器大部分情况不能当作放大器使用.
因为比较器为了提高速度进行优化,这种优化却减小了闭环稳定的范围.而运放专为闭环稳定范围进行优化,故降低了速度.所以相同价位档次的比较器和放大器最好是各司其责.如同放大器可以用作比较器一样,也不能排除比较器也可以用作放大器.但是你为了让它闭环稳定所付出的代价可能超过加一个放大器!
" N4 u% |; S& H9 G1 W换言之,看一个运放是当作比较器还是放大器就是看电路的负反馈深度.所以,浅闭环的比较器有可能工作在放大器状态并不自激.但是一定要作大量的试验,以保证在产品的所有工作状态下都稳定!这时候你就要成本/风险仔细核算一下了.
% A8 t4 y$ b1 ^( n# W（2）算放大器和比较器如出一辙，简单的讲，比较器就是运放的开环应用，但比较器的设计是针对电压门限比较而用的，要求的比较门限精确，比较后的输出边沿上升或下降时间要短，输出符合TTL/CMOS 电平/或OC 等，不要求中间环节的准确度，同时驱动能力也不一样。一般情况：用运放做比较器，多数达不到满幅输出，或比较后的边沿时间过长，因此设计中少用运放做比较器为佳。
6 P% r+ M  d7 h4 ]+ Z- F! v运放和比较器的区别
比较器和运放虽然在电路图上符号相同，但这两种器件确有非常大的区别，一般不可以互换，区别如下:
1、比较器的翻转速度快，大约在ns 数量级，而运放翻转速度一般为us 数量级(特殊的高速运放除外)。
8 D3 |1 k. C' c0 L9 K2、运放可以接入负反馈电路，而比较器则不能使用负反馈，虽然比较器也有同相和反相两个输入端，但因为其内部没有相位补偿电路，所以，如果接入负反馈，电路不能稳定工作。内部无相位补偿电路，这也是比较器比运放速度快很多的主要原因。
6 f! t% z5 e8 {) F4 @2 p4 o3、运放输出级一般采用推挽电路，双极性输出。而多数比较器输出级为集电极开路结构，所以需要上拉电阻，单极性输出，容易和数字电路连接。
（3）比较器(LM339和LM393)输出是集电极开路(OC)结构, 需要上拉电阻才能有对外输出电流的能力. 而运放输出级是推挽的结构, 有对称的拉电流和灌电流能力.另外比较器为了加快响应速度, 中间级很少, 也没有内部的频率补偿. 运放则针对线性区工作的需要加入了补偿电路.所以比较器(LM339 和LM393)不适合作运放用.
运放在开关电源中主要用于反馈电路、过流保护的采样放大等等。

yxlk

楼主讲的非常透彻 学习了